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细胞的凋亡
凋亡抑制蛋白
(inhibitors of
apoptosis , IAPs)
是细胞内一类独特的抗凋亡蛋白家族
,
包括
XIAP
，
c-IAP1
，
c-IAP2
< br>，神经元凋亡抑制蛋白
(NIAP) ,ML-IAP
,
Apollon
和
survivin
。
IAPs
通过在
体外或体内抑制不同的
caspases
而抗细胞凋亡。与其他的可抑制上游
caspases
的蛋白不同
,
IAPs
是唯一的内源性
caspase
抑制物【
1
】
。
Survivin(
生存素
)
是凋亡抑制蛋白家族中的成员，
< br>是迄今发现最强的凋亡抑制因子，
于
1997
年由耶鲁大学
Alfieri
【
< br>2
】等用效应细胞蛋白酶受体
1(effector-
cell protease receptor 1, ERP-1)
在人类基因库的
杂交中分离出来，
Survivin
大量表达于胚胎及婴幼儿组
织中，在正常的分化
组织中几乎检测不到【
3
< br>】
，然而却在
60
余种肿瘤细胞
株和大部分人体肿瘤组织过度表达。
in
的分子结构
IAP
家族蛋白一般在
N
末端含有
2
～
3
个串联的含有
Cys/ His
的保
守冠状病毒
IAP
重复
序列结构域
(Baculovirus IAP Repeat, BIR)
，
发挥着极为重要的凋亡抑制作用。
IAPs
家族发挥抗
凋亡作用的机理是通过
BIR
功能区之间的连接
序列直接与
Caspases
家族蛋白结合，
< br>抑制细胞
凋亡的发生。
多数
IA
Ps
的
C
末端还含有一个环指状结构域
(RING-finger domain)
能够与两个锌
原子形成配位键。这一锌指结构对于
IAPs
家族蛋白抗凋亡的功能密切相关。只有包含
BIR2
功能区的
IAPs
蛋白分子才具有结合和抑制死亡蛋白酶的功能，单一<
/p>
BIR1
，
BIR3
< br>或环指结构
以及它们的任意组合蛋白体均无此效应。
Ambrosini
等【
4
】测定并绘出了
Survivin
基因完整的基
因图谱，全长
14796 bp
，位于距
离端粒约
3%
的位置。
Surviv
in
基因与
EPR-1
基因的编码
区序列高度互补，位于染色体
17q25
的同一基因族，
含有
3
个内含子和
4
个外显子，
编码产生
1
个由
142
个氨基酸组成的胞浆蛋
白，分子量约为
16. 5kD
。
Survivin
只含有一个
BIR
区
域，
C
末端有一个
α
< br>卷曲螺旋结构，不
含环指状结构域【
5
< br>】
。
Survivin
是唯一具有剪接异构体的
IAP
基因，
一个是序列中缺少外显子
3
的
survivin-
ΔEX3
；
另一个是把部分内含子
2
作为隐蔽的外显子的
survivin-2B
。
两者序列的改变导致了相应
蛋白
质结构和功能发生了显著变化，
survivin-
ΔEX3
仍保留抗凋亡特性，
survivi
n-2B
抗凋亡功能则
显著下降
[6]
。
2004
年
Badran A
等
[7]
发现
survivin
的另一新剪接异构体
sur
vivin-3B
，
survivin-3B
< br>含有
5
个外显子，
比
survivin
多
3
B
外显子，
survivin-3B
包含单一的
BIR
，这对于其抗调亡
作
用致关重要。最近，包含两个外显子，
3'
为
< br>197bp
的内含子的
survivin-
2α
发现【
8
】
。其终
止密码在第
2
内含
子，
编码产生
74
个氨基酸的蛋白质。
survivin
的剪接异构体的功能尚不清
< br>楚，初步认为
survivin-
ΔEX3
与线粒体依赖性凋亡通路有关，另外，证实
survivin-
2α
能减弱
survivin
的抗凋亡活性
[7]
。
Survivin
的异构体如图
1
。
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图
1
：
Survivin
异构体外显子结构
Survivin
基因片段有<
/p>
4
个外显子；
Survivin-2B
则在
2,3
号外显子间多出
2B
外显子；
Survivin-
ΔEX3
显示
3
号外显子缺失
，并且读码框架延伸至
ORF
的
3'<
/p>
非翻译区（
3'UTR
）
；
Survivin-3B
除含
survivin
常规片断所有的外显子外，
在
3,4
号外显
子之间多一
外显子
3B
。
survivin-<
/p>
2α
包含两个外显子，
3'
为
197bp
非翻译区（
3
'UTR
）
。
Survivin
与其他
IAP
家族成员不同有以下三点，
①
哺乳动物的
IAPs
中往往含有重复
2
～
3
次的
B
IR
单元，这一序列是其凋亡抑制作用的基本要素，而
survivin
是迄今发现的
IAPs
中
惟一的含单个
BIR
单元的成分
；
②
Survivin
的
BIR
中含有对抑制凋亡有重要作用的氨基酸残
基
Pro
、
Trp
和
cys
，
survivin
通过这些残基与
caspase-3
和
caspase-7
结合抑制
caspase
的活性，
阻止多种凋亡信号
诱导的细胞凋亡；
③survivin
中还含有一个独特的由
42
个氨基酸严格排
< br>序形成的双螺旋区域。其可能与
survivin
的抗凋
亡功能有关。
2.
Survivin
组织分布
Survivin
的分布不同于凋亡抑制蛋白家族其它成员，与
IAPs
在正常成人组织中广泛分
布的模式相反，
生理状态下，
在成人除子宫内膜组织、
胎盘、
胸腺、
结肠基底内皮细胞
【
< br>9
】
、
血管再生术时的神经干细
胞【
10
】中发现存在不同程度的
su
rvivin
基因表达外，大多数组织
均测不到
survivin
基因表达，它只分布于胚胎组织和肿瘤组织。
Survivin
在绝大多数肿瘤组
织中表达，包括
肺癌，乳腺癌，结肠癌，胃癌，食管癌，胰腺癌，肝癌，膀胱癌，子宫癌，
以及卵巢癌，
非霍其金淋巴瘤，白血病，神经母细胞瘤，脑瘤，嗜铬细胞瘤，软组织肉瘤，
黑色素瘤和
其他皮肤癌。
【
9
】并且发现
survivin
的表达也发生在癌前病变的组织中。研究表
明
survivin
的表达增高出现在肿瘤发展的
早期
,
并且在发生侵袭前就可出现表达上升
< br>[11]
。
随
着肿瘤的发展，<
/p>
Survivin
的表达量也随之增高
,
与
Survivin
能够抑制肿瘤
细胞的凋亡、促使肿
瘤发展有关。
Survivin
的表达与肿瘤患者的耐药性、
预后及
5
年生存率呈正相关。
3. Survivin
调控细胞周期
Survivin
的表达与细胞增殖有关
,
能够同时调控细胞增殖和凋亡。
Kobayas
hi
等
[12]
发现，
有细胞增殖的组织均有
survivin
的表达。<
/p>
Survivin
在胚胎组织中规律性表达，从而促进细胞
的生长、分化。
Survivin
是已知的<
/p>
IAP
家族中惟一与纺锤体微管相关的蛋白质
,
有丝分裂的纺
锤体对有丝分裂早期的染色体分离起重要作用
< br> ,
它具有监测有丝分裂纺锤体聚集的作用，
survi
vin
的表达存在细胞周期调控依赖性，在
G2/M
期其表达显著升高，与有丝分裂纺锤体
微管蛋白，着丝点胞内中心体相关【
13
】
。在有丝分裂初期，
survivin
可能是通过其梭基端
的卷曲
螺旋与组成有丝分裂纺锤体的微管蛋白特异性结合
,
与细胞周期调节因子
CDK4
形
成
survivin-CDK 4
复合体
,
使得
p21
从与
< br>CDK4
的复合体中释放出来与线粒体
caspase-
3
结合，
间接抑制其活性
,
而阻止细胞凋亡
,
使
caspase-3
不能有效地水解微管结构蛋白
,
因而维持了
纺锤体的完整性
,
确保细胞有丝分裂正常进行
,
从而
导致多核细胞纺锤体蓄积【
14
】
。如
干扰
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survivin
与微管的结合
,
可致
survivin
抗凋亡活性
丧失。
【
15
】
Survivin
主要通过两种方式作用于细胞周期：
①
使细胞周期免受
p21
蛋白的抑制。
Survivin
蛋白、
γ
微管蛋白
和
P21
蛋白结合成复合物
,
共同定位于中心粒。
P21
蛋白被结合在
中心粒上
,
细胞周期的负向调节减弱
,
细胞进行分裂的速度加快。而
Survivi
n
蛋白受到拮抗
时
,P21
发挥调节细胞周期的功能
,
使细胞周期阻滞在分
裂期。
②
与周期素依赖蛋白激酶
CD
K4
结合，导致
P21
蛋白自
CDK4
的解离。
P21
紧密结合于
G
期和
S
期的蛋白激酶
(CDK4
和
C
DK2)
，
抑制其活性，
对细胞增殖停
留在
G1
期具有重要的作用。
而
P21
的解离使
CDK4
活化，
细胞进入增殖周期，最终导致大量细胞无限制增殖。
Survivin
如果过度表达，细胞失去正常
增殖周期中凋亡
“
开关
”
的限
制，
造成细胞增殖增加，
凋亡减少，
细
胞增殖与凋亡的平衡打破，
最后导致癌症的发生。
Survivin
的表达具有细胞周期依赖性
,
只在细胞周期的
G2/M
< br>期表达。在有丝分裂的开
始
,survivin
与纺锤体的微管蛋白特异性结合
,
维护有丝分
裂的正常进行。干扰
survivin
和微管
蛋白的反应
,
可致
survi
vin
抗凋亡活性的丧失
,
增加
Caspase-3
的活性
,
导致细胞的
G2/M
期凋亡
,
细胞分裂异常
,
伴有多倍体细胞形成
。这些结果提示
,
在细胞周期的
G2/
M
期
, survivin
能对抗
异常因素诱导的细胞凋亡
,
而在肿瘤细
胞中
survivin
的过度表达
,<
/p>
则可能使细胞克服这个凋亡
的调控点而利于转化细胞
,
完成异常的有丝分裂。
Survivin
参与细胞凋亡
细胞凋亡有两条途径：外源性凋亡途径和内源性凋亡途径。
外源性凋亡途径，又称为死
亡受体通路，是由胞外肿瘤坏死因子
(TNF)
超家族的死亡配
体如
TNFa
、
FasL
／
CD95L
、
TWEAK
和
TRAIL
引发的。
这些配体和相关的细胞表面死亡受体
(
分
别是
TNFR
、
Fas
／
CD95
、
DR3
、
DR4
／
DRS)
结合，
使受体三聚化
（
receptor clustering
）
并激活，
三聚化的死亡受体通过死亡域
(deathdomain)
募集衔接蛋白如
TRADD
和
(
或
)FADD<
/p>
。衔接蛋白
通过死亡效应域
(death
effecterdomain
，
DED)
与
pro
—
caspase
—
8
形成复合物，称为死亡诱导
信号复合物
(death
—
inducing signaling complex
，
DISC)
。
Pro-caspase-8
具有弱的催化活性，在
DISC
中局部浓度升高，
可发生自我剪接并活化。
活化的
caspase
—
8
释放到胞质中启动
caspase
的级联反应，
激活下游的效应
caspase
，
导致细胞凋亡。
激活的
caspase
—
8
能使胞质中的
Bid
断裂成
tBid
，
tBid
转移
到线粒体上，诱导细胞色素
C
从线粒体释放进人胞质，从而把
死亡受
体通路和线粒体通路联系起来，有效地扩大了凋亡信号。
内源性凋亡途径，又称为线粒体／细胞色素
C
< br>介导的通路，线粒体是细胞生命活动控制
中心，
它不仅是
细胞呼吸链和氧化磷酸化的中心，
而且是细胞凋亡调控中心。
实
验表明了细
胞色素
C
从线粒体释放是细
胞凋亡的关键步骤。释放到细胞浆的细胞色素
C
在
dATP
存在的
条件下能与凋亡相关因子
1
（
Apaf-1
）结合
，使其形成多聚体，并促使
pro-caspase-9
与其结
合形成凋亡小体（
apoptosome
）
，之后激活
caspase-9
，
被激活的
caspase-9
能激活其它的
caspase
如
caspase-3
等，从而诱导细胞凋亡【
16
】
。
Survivin
可能主要通过两条途径来抑制细胞凋亡：
①
直接抑制凋亡终末效应酶
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